TWI452717B - 成長於模板上以減少應變之iii族氮化物發光裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於用於半導體發光裝置之成長技術及裝置結構。
半導體發光裝置(包括發光二極體(LED)、共振腔發光二極體(RCLED)、垂直腔雷射二極體(VCSEL)及邊射型雷射)屬於目前可獲得的最有效光源。在能夠在UV、可見且可能紅外光譜範圍內作業的高亮度發光裝置之製造中目前感興趣的材料系統包括III-V族半導體,尤其鎵、鋁、銦及氮之二元、三元及四元合金(亦稱為III族氮化物材料)。通常,III族氮化物發光裝置係藉由金屬-有機物化學氣相沈積(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)或其他磊晶技術在藍寶石、碳化矽、III族氮化物或其他適宜基板上磊晶成長具有不同組合物及摻雜劑濃度之半導體層的堆疊來製造。該堆疊通常包括一或多個形成於基板上摻雜有(例如)Si之n型層、一或多個在一作用區域中形成於該(等)n型層上之發光層、及一或多個形成於該作用區域上摻雜有(例如)Mg之p型層。在該等n-及p型區域上形成電接觸。其他光電子裝置以及電子裝置(例如場效電晶體(FET)及檢測器)對於該等III族氮化物材料亦感興趣。
在本發明實施例中,包括III族氮化物發光裝置層在內的裝置層係成長於一模板上,該模板經設計以減少該裝置
中、尤其該發光層中之應變。此應變係定義如下:一既定層具有一對應於與該層具有一相同組合物之獨立材料之晶格常數的塊體晶格常數abulk
及一對應於當在該結構中成長時該層之晶格常數的面內晶格常數ain-plane
。層中之應變量係形成一特定層之材料之面內晶格常數與該層在該裝置中之塊體晶格常數之間的差除以塊體晶格常數。
減少該發光裝置中之應變可改良該裝置之效能。該模板可使該發光層中之晶格常數擴展超過適用於習用成長模板之晶格常數範圍。在本發明一些實施例中,該發光層中之應變小於1%。
在一些實施例中,該模板包括兩個在低溫下成長之層,亦即,一直接成長於該基板上之無銦成核層(例如GaN)及一成長於該無銦層上之含銦層(例如InGaN)。兩個層可為非單晶層。在一些實施例中,一單晶層(例如一GaN層)可成長於該成核層與該含銦層之間。在一些實施例中,一單晶層(例如GaN、InGaN或AlInGaN)可成長於該低溫含銦層上。
在一些實施例中,該模板進一步包括一多層堆疊或一梯度(graded)區域,或係藉由包括熱退火或熱迴圈成長步驟在內的方法形成。
半導體發光裝置之效能可藉由量測外部量子效率來計量,外部量子效率量測對於每一供應至該裝置中之電子自該裝置中所抽取光子的數量。當施加於習用III族氮化物發
光裝置之電流密度增加時,該裝置之外部量子效率最初增加,然後降低。當該電流密度增加過零時,該外部量子效率增加,且在一既定電流密度(例如,對於一些裝置而言約10 A/cm2
)下達到峰值。當電流密度增加超過該峰值時,該外部量子效率最初迅速下降,然後在較高電流密度(例如,對於一些裝置而言超過200 A/cm2
)下緩慢降低。當發光區域中InN組合物增加且當所發射光之波長增加時,一裝置之量子效率亦降低。
一種在高電流密度下減少或逆轉量子效率下降之技術係形成較厚發光層。然而,由於III族氮化物裝置層中之應變,難以成長厚III族氮化物發光層。而且,為在較長波長下達成發射,期望納入較高InN組合物。然而,由於III族氮化物裝置層中之應變,難以成長高InN組合物之III族氮化物發光層。
由於天然III族氮化物成長基板通常昂貴、不能廣泛應用、且對於商業裝置之成長不切實際,故III族氮化物裝置通常成長於藍寶石(Al2
O3
)或SiC基板上。該等非天然基板具有與該基板上所成長之該等III族氮化物裝置層之塊體晶格常數不同之晶格常數,具有與該等裝置層不同之熱擴展係數、及不同化學及結構性質,此導致該等裝置層中有應變,且使得該等裝置層與該等基板之間化學與結構失配。此結構失配之實例可包括(例如)GaM之晶體結構與GaN成長於其上之藍寶石基板之晶體結構之間之平面內旋轉。
如本文所用,一"面內"晶格常數係指該裝置中一層之實
際晶格常數,且一"塊體"晶格常數係指一既定組合物之鬆弛、獨立材料之晶格常數。層中之應變量係定義於等式(1)中。
應變=ε=(ain-plane
-abulk
)/abulk
(1)
應注意,在等式(1)中ε可為正或負,亦即,ε>0或ε<0。在一無應變薄膜中,ain-plane
=abulk
,因此在等式(1)中ε=0。認為一其中ε>0之薄膜處於拉伸應變下,或處於張力下,而認為一其中ε<0之薄膜處於壓縮應變下,或處於壓縮下。拉伸應變之實例包括一應變AlGaN薄膜成長於無應變GaN上或一應變GaN薄膜成長於無應變InGaN上。在兩種情況下,該應變薄膜之塊體晶格常數小於該薄膜成長於其上之無應變層之塊體晶格常數,因此該應變薄膜之面內晶格常數經伸展以匹配該無應變層之面內晶格常數,此使得等式(1)中ε>0,據此認為該薄膜處於張力下。壓縮應變之實例包括一應變InGaN薄膜成長於無應變GaN上或一應變GaN薄膜成長於無應變AlGaN上。在兩種情況下,該應變薄膜之塊體晶格常數大於該薄膜成長於其上之無應變層之塊體晶格常數,因此該應變薄膜之面內晶格常數經壓縮以匹配該無應變層之面內晶格常數,此使得等式(1)中ε<0,據此認為該薄膜處於壓縮下。
在一拉伸薄膜中,該應變係用於將原子彼此拉開以增加該面內晶格常數。此拉伸應變通常係不期望的,此乃因該薄膜可回應該拉伸應變而破裂,此降低該薄膜中之應變,但損害該薄膜之結構及電完整性。在一壓縮薄膜中,該應
變用於推動該等原子在一起,且此作用可(例如)降低InGaN薄膜中大原子(例如銦)之納入或可降低InGaN LED中InGaN作用層之材料品質。在許多情況下,拉伸與壓縮應變二者皆係不期望的,且降低該裝置各層中之拉伸或壓縮應變係有益的。在該等情況下,其更方便地稱為絕對值或該應變之量值,如等式(2)中所定義。本文所用術語"應變"應理解為絕對值或該應變之量值,如等式(2)中所定義。
應變=∣ε∣=∣(ain-plane
-abulk
)∣/abulk
(2)
當按照慣例於Al2
O3
上成長一種III族氮化物裝置時,成長於該基板上之第一結構通常係一具有約3.189埃或更小之面內a-晶格常數之GaN模板層。由於該GaN模板設定所有該等成長於該模板層上之裝置層(包括InGaN發光層)的晶格常數,故其作為一晶格常數模板用於該發光區域。由於InGaN之塊體晶格常數大於該習用GaN模板之面內晶格常數,故當該發光層成長於一習用GaN模板上時其壓縮應變。舉例而言,一經組態發射約450奈米光之發光層可具有一組合物In0.16
Ga0.84
N,與GaN之晶格常數3.189埃相比,一種塊體晶格常數為3.242埃之組合物。當該發光層中之InN組合物增加時,如在經設計以在較長波長下發射光之裝置中,該發光層中之壓縮應變亦增加。
若該應變層之厚度增加超過一臨界值,則該層內形成位錯或其他缺陷以減少與該應變有關之能量,如闡述於Tomiya等人之Proceedings of SPIE
,第6133卷,第613308-1-613308-10頁(2006)中者,其以引用的方式併入本文中。
該等結構缺陷可能伴隨產生非輻射重組中心,此可顯著降低該裝置之量子效率。因此,該發光層之厚度必須保持低於此臨界厚度。當該InN組合物及峰波長增加時,該發光層中之應變增加,由此一發光層之臨界厚度降低。
即使該發光層之厚度保持低於該臨界厚度,但InGaN合金在某些組合物及溫度下熱動力學不穩定,如闡述於Ponce等人之Physica Status Solidi
,第B 240卷,第273-284頁(2003)中者,其以引用的方式併入本文中。舉例而言,在通常用於InGaN成長之溫度下,InGaN可展示旋節分解,其中一組合物上均勻之InGaN層轉化成一具有高於平均InN組合物之區域及低於平均InN組合物之區域之層。InGaN發光層中之旋節分解產生非輻射重組中心且可使內吸收增加,此可降低該裝置之量子效率。當該發光層之厚度增加、當該發光層中之平均InN組合物增加、及/或當該發光層中之應變增加時,旋節分解問題更嚴重。舉例而言,在一發光層成長於一GaN模板上且經組態以在550奈米下發射光之情況下,>20%之InN組合物與>30埃之較佳厚度之組合超過該旋節分解極限。
因此,如上所述,期望增加該發光層之厚度以減少或消除當電流密度增加時可發生之外部量子效率之下降,或期望增加該InN組合物以達成更長發射波長。在兩種情況下,皆需要減少該發光層中之應變以成長一更厚或更高組合物之發光層,以藉由增加該臨界厚度將缺陷數量保持在可接受範圍內,並增加該層可成長而不會旋節分解之厚
度。本發明之實施例係經設計以減少一種III族氮化物裝置中之裝置層、尤其發光層中之應變。
圖1繪示一具有一成長於一基板1上之習用成核層2之裝置。一或多個高溫層3及5可成長於成核層2上,且裝置層6可成長於高溫層3或5上。先前減少III族氮化物發光層中應變之方法包括在一聚結GaN區域3上成長一高溫大體上單晶InGaN區域5(如圖1中所繪示及美國專利第6,489,636號中所闡述者)、或直接在一藍寶石基板上成長一含銦成核層2(如圖1中所繪示及美國專利申請案第GB 2 338 107 A號中所闡述者)。然而,該成長於聚結GaN上之InGaN區域通常不能有效鬆弛且因此應變及相關缺陷之減少有限,且闡述於美國專利申請案第GB 2 338 107 A號中之方法(其包括一直接成長於藍寶石上之含銦成核層)通常在該等裝置層中導致一或多個問題,其包括高位錯密度、粗糙表面及高雜質(例如碳及氧)濃度。因此,既需要控制該等裝置層中之應變,亦需要控制錯位密度及表面粗糙度。
控制習用GaN模板(例如圖1中所示)中應變之另一方法係控制該GaN模板中之錯位密度,如闡述於Böttcher等人之Applied Physics Letters
,第78卷,第1976-1978頁(2001)中者,其以引用的方式併入本文中。在此方法中,該a-晶格常數隨穿透錯位密度(threading dislocation density; TDD)增加而增加。儘管a-晶格常數與穿透錯位密度之間之精確關係取決於包括Si濃度、成長溫度及模板厚度在內的許多因素,但習用GaN模板中a-晶格常數與穿透錯位密度之間
之近似關係可闡述如下
ain-plane
=3.1832+9.578x10-13
*TDD (3)
注意,根據等式(3),3.189埃之面內a-晶格常數對應於約6x109
公分-2
之穿透錯位密度。儘管可使用不同Si濃度、不同成長溫度、或不同模板厚度以較低穿透錯位密度達成此a-晶格常數,但發明者已觀察到,一a-晶格常數大於3.189埃之習用GaN模板具有一至少2x109
公分-2
之穿透錯位密度。藉由改變習用GaN模板(例如在圖1中)中之穿透錯位密度,發明者已經使習用GaN模板中之面內a-晶格常數在約3.1832埃至約3.1919埃之範圍內變化。
儘管如此增加該穿透錯位密度在增加習用GaN模板中之a-晶格常數方面通常有效,但此方法具有若干缺點。舉例而言,缺陷(例如位錯)作為非輻射重組中心,其可降低III族氮化物發光裝置之外部量子效率,如闡述於Koleske等人之Applied Physics Letters
,第81卷,第1940-1942頁(2002)中者,其以引用的方式併入本文中。因此期望減少該錯位密度以增加外部量子效率。而且,當習用GaN模板中之面內a-晶格常數接近及超過約3.189埃時,GaN層易於因過多拉伸應變而破裂,如闡述於Romano等人之Journal of Applied Physics
,第87卷,第7745-7752頁(2000)中者,其以引用的方式併入本文中。因此,期望打破a-晶格常數與錯位密度之間的此關係,該關係係由二元組合物GaN模板決定。具體而言,達成低應變作用層與低穿透錯位密度模板之結合係增加III族氮化物LED之外部量子效率及波長
之重要目標。在本發明一些實施例中,其上成長該等裝置層之模板大體上無破裂,且同時具有高達3.200埃之面內a-晶格常數與低於2x109
公分-2
之穿透錯位密度。
在本發明實施例中,一半導體發光裝置之裝置層係成長於一納入一用於控制該等裝置層中之晶格常數(且因此控制應變)之組份的結構(在本文中稱為一模板)上。使該裝置中晶格常數增加之結構可導致不期望地增加表面粗糙度或增加穿透錯位密度,因此該模板亦可包括用於控制該等裝置層中、尤其發光區域中之穿透錯位密度及表面粗糙度之組份。該模板設定成長於該模板上之半導體層之穿透錯位密度及晶格常數。該模板起使一晶格常數自GaN之晶格常數轉變成一更密切地匹配於該發光層之塊體晶格常數的晶格常數的作用。藉由該模板設定之晶格常數可比成長於習用模板上之裝置中之可獲得晶格常數更密切地匹配於該等裝置層之塊體晶格常數,此與成長於習用GaN模板上之裝置相比在可接受穿透錯位密度及表面粗糙度下產生較小應變。
以上所提及之裝置層包括至少一夾於至少一n型層與至少一p型層之間之發光層。不同組合物及摻雜劑濃度之額外層可包括於該n型區域、發光區域及p型區域各區域中。舉例而言,該等n-及p型區域可包括相反導電類型之層或並未有意摻雜之層、經設計以有助於該成長基板之隨後釋放或基板去除後使該半導體結構變薄之釋放層、及針對發光區域期望之特定光學或電性質經設計以有效發光之層。
在一些實施例中,夾入該發光層之n型層可為該模板之一部分。
在下文所闡述之實施例中,可降低該(等)發光層中之InN組合物,以便該裝置發射藍色或UV光,或使該InN組合物升高以便該裝置發射綠色或更長波長的光。在一些實施例中,該裝置包括一或多個量子井發光層。多個量子井可由障壁層隔開。舉例而言,各量子井可具有大於15埃之厚度。
在一些實施例中,該裝置之發光區域係一厚度介於50與600埃之間、更佳介於100與250埃之間之單一厚發光層。該最佳厚度可取決於該發光層中之缺陷數量。該發光區域中之缺陷濃度較佳限於小於109
公分-2
、更佳限於小於108
公分-2
、更佳限於小於107
公分-2
、且更佳限於小於106
公分-2
。
在一些實施例中,該裝置中之至少一發光層經摻雜劑(例如Si)摻雜至摻雜劑濃度介於1x1018
公分-3
與1x1020
公分-3
之間。Si摻雜可影響該發光層中之面內a晶格常數,此可能進一步減少該發光層中之應變。
在本發明一些實施例中,該模板包括至少一低溫InGaN層。已觀察到,H2
可影響銦納入InGaN薄膜中,如闡述於Bosi與Fornari之Journal of Crystal Growth
,第265卷,第434-439頁(2004)中者,其以引用的方式併入本文中。各種其他參數(例如成長溫度、成長壓力、成長速率及NH3
流)亦可影響銦納入InGaN薄膜中,如部分地闡述於Oliver等人之Journal of Applied Physics
,第97卷,第013707-1-
013707-8頁(2005)中者,其以引用的方式併入本文中。因此,可變H2
流有時作為控制InGaN或AlInGaN薄膜中InN組合物之手段。在一些實施例中,本文所述模板在模板成長期間係使用一或多個可變H2
流、可變N2
流或可變NH3
流進入反應器中來成長。在其他實施例中,該等模板在模板成長期間係使用可變溫度或可變壓力或可變成長速率成長。在其他實施例中,該等模板在模板成長期間係使用一或多個可變H2
流、可變N2
流、可變NH3
流、可變溫度、可變壓力或可變成長速率之任意組合來成長。
圖2繪示本發明之第一實施例。一習用低溫成核層22係直接成長於藍寶石基板20之表面上。成核層22通常係一在介於400與750℃之間之溫度下成長至一厚度(例如)高達500埃之低品質非單晶層(例如非晶形、多晶、或立方相GaN層)。
一第二層26亦係於低溫下成長於成核層22上。低溫層26可為(例如)一低品質、非單晶層(例如一非晶形、多晶或立方相III族氮化物層),其在介於400與750℃之間、更佳介於450與650℃之間、更佳介於500與600℃之間之溫度下成長至厚度(例如)高達500埃。在一些實施例中,低溫層26係小於300埃厚。低溫層26可為(例如)一具有一InN組合物大於0%且通常小於20%、更佳介於3%與6%之間、更佳介於4%與5%之間之InGaN層。在一些實施例中,低溫層26中之InN組合物較小,例如小於2%。可在成長成核層22之後但在成長低溫層26之前、成長低溫層26之後或二者使該結構
退火。舉例而言,該結構可在介於950與1150℃之間之溫度下通常在H2
與NH3
;N2
與NH3
;或H2
、N2
及NH3
之周圍環境中退火30秒與30分鐘之間。在一些實施例中,在該退火製程至少一部分期間可引入Ga、Al或In前驅物。然後使裝置層10成長於低溫層26上。低溫層26可使裝置層10之晶格常數擴展超過利用習用成核結構(例如習用GaN模板)可達成晶格常數之範圍。晶格常數擴展發生係由於低溫層26並非與下伏層相對應成長,此與GaN成核層之晶格常數不同於該成核層成長於其上之藍寶石、或SiC、或其他基板的情況大致一樣。因此,如上所述,低溫層26起到使成核層22之晶格常數轉變成較大晶格常數的作用。可成長使用一如圖2中所示之低溫InGaN層26之III族氮化物裝置以具有較一使用直接成長於該基板上之含InN成核層2之III族氮化物裝置(例如如圖1中所示及美國專利申請案第GB 2 338 107 A號中所闡述者)為高的品質。
在一些實施例中,低溫層26可由AlGaN或AlInGaN而非InGaN構成,以便低溫層26降低由成核層22所確立之晶格常數,以降低UV裝置之AlGaN發光區域中之拉伸應變。該等裝置之發光作用層可為(例如)AlGaN或AlInGaN。
在本發明一些實施例中,圖2中所繪示之裝置可包括一或多個多層堆疊。多層堆疊之實例包括多個成核層22或多個低溫層26。舉例而言,一或多個額外GaN成核層可佈置於基板20與InGaN低溫層26之間,如圖3中所示。或者,成核層22之後可成長多個InGaN低溫層26,如圖4中所示。在
一包括一具有多層堆疊模板之裝置的另一實例中,一GaN低溫層22隨後一InGaN低溫層26之序列可重復一或多次,如圖5中所示。使用多個成核或低溫層可減少該裝置中之穿透錯位密度及堆疊缺陷密度。
在一些實施例中,圖4或圖5中之多個低溫層26可具有不相等InN組合物、或不相等厚度,如由圖6中之多個低溫層32、34及36所繪示。圖6中所示之結構可直接成長於一習用基板20上,或如圖2中所示成長於一成核層22上。離該基板最近之低溫層(亦即層32)可具有最高銦組合物,而離該基板最遠之低溫層(亦即層36)可具有最低銦組合物。在另一實施例中,離該基板最近之低溫層(亦即層32)可具有最低銦組合物,而離該基板最遠之低溫層(亦即層36)可具有最高銦組合物。或者,可使用任一任意低溫層序列。一GaN覆蓋層38可形成於該頂部低溫層上。各低溫層無需具有相同厚度。舉例而言,較低銦組合物之層可比較高銦組合物之層厚。可使用比圖6中所示3個低溫層多或少的層。此外,該裝置中可包括多個圖6中所示低溫層堆疊。該等層每一層之厚度可介於10埃至1000埃之間或更厚。
成長一或多個層32、34、36或38之後可使圖6中所示之結構退火一或多次。此退火製程可使得InGaN低溫層32、34、36及GaN覆蓋層38摻合在一起以形成如圖7中所示之單一InGaN區域35,在單一InGaN區域35上成長裝置層10。圖6中之GaN覆蓋層38可減少退火期間驅逐出InGaN低溫層32、34及36之InN的量。退火條件係經選擇以便最終
結構具有一光滑表面及低缺陷密度。在一些實施例中,退火包括一成長暫停。舉例而言,可將該結構在介於950與1150℃之間之溫度下退火30秒與30分鐘。成長低溫層32、34及36之後,可使溫度升高至覆蓋層38或下一欲成長層之成長溫度,然後在成長覆蓋層38或該下一層之前有一成長暫停。在其他實施例中,該退火係簡單地在成長低溫層32、34及36之後使成長反應器中之溫度升高至覆蓋層38之成長溫度。在一些實施例中,在該成長反應器中之溫度達到覆蓋層38之期望成長溫度之前覆蓋層38開始成長。在一些實施例中,覆蓋層38可在類似於用於成長成核層22之低溫下成長。在低溫層32、34及36與覆蓋層38之結構中,低InN組合物層可有助於消除退火期間高InN組合物層之InN損失。
圖3或4或5中之多層堆疊或圖6中之梯度含InN層32、34及36及圖7中之梯度含InN層35可代替本文所述任何實施例中所示之單一低溫層26。本文所用術語"梯度"當闡述一裝置中一或多個層中之組合物或摻雜劑濃度時意欲涵蓋除單一級變組合物及/或摻雜劑濃度以外以任何方式達成組合物及/或摻雜劑濃度變化之任何結構。各梯度層可為子層之堆疊,各個子層具有與其毗鄰之任一子層不同之摻雜劑濃度或組合物。若該等子層具有可分解厚度,則該梯度層係一分級梯度層。在一些實施例中,一分級梯度層中之子層可具有介於數十埃至數千埃間之厚度。在其中個別子層之厚度接近零之極限內,該梯度層係一連續梯度區域。構
成各梯度層之子層可經排布以形成各種組合物及/或摻雜劑濃度對厚度之輪廓,其包括(但不限於)線性梯度、拋物線梯度及冪次律梯度。而且,梯度層並不限於一單一梯度輪廓,而是可包括具有不同梯度輪廓之部分及一或多個具有大體上恆定組合物及/或摻雜劑濃度區域之部分。
在一個實例中,層32、34及36可分別由InN組合物為9%、6%及3%之InGaN構成。在另一實例中,層32、34及36可具有9%、3%及9%之InN組合物。退火後,圖7中之摻合區域35可具有自底部至頂部單調地降低、自底部至頂部單調地增加或以一非單調方式改變之InN組合物。
在本發明一些實施例中,一半導體發光裝置之裝置層成長於一模板上,該模板包括至少一成長於一高溫層上之低溫層。該高溫層可確立(例如)一低穿透錯位密度及一光滑表面形態,而該低溫層確立成長於該模版上之層的擴展晶格常數。晶格常數擴展發生係由於低溫層26並非與下伏層相對應成長,此與GaN成核層的晶格常數不同於該成核層成長於其上之藍寶石、或SiC、或其他基板的情況大致一樣。圖8係此一裝置一部分之剖面圖。
在圖8中所示之裝置中,一高溫層24係成長於成核層22,其與上文參照圖2所述之成核層22一樣。高溫層24可為(例如)一高品質結晶GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN層,其在介於900與1150℃之間之溫度下成長至厚度為至少500埃。
成長高溫層24之後,使溫度降低並成長一低溫層26。在
一些實施例中,低溫層26係以一介於0.1與10埃/秒之間、更佳小於5埃/秒、更佳介於0.5與2埃/秒之間之成長速率成長以避免一不期望粗糙表面。低溫層26可為(例如)一低品質非單晶層(例如一非晶形、多晶或立方層),其在介於400與750℃之間、更佳介於450與650℃之間、更佳介於500與600℃之間之溫度下成長至厚度(例如)高達500埃。在較高溫度下,低溫層26可複製該等下伏層之晶格常數,而不是如所期望的鬆弛或確立其自身晶格常數。低溫層26係在足夠低以便其不會複製高溫層24之晶格常數之溫度下成長;相反,低溫層26之晶格常數可大於高溫層24之晶格常數,此可能係由於低溫層26之差品質。低溫層26可為(例如)一InN組合物介於1%與20%之間、更佳介於3%與6%之間、更佳介於4%與5%之間之InGaN層。低溫層26起到將GaN成核層22之晶格常數轉化成一更密切地匹配於該裝置之發光層之塊體晶格常數的較大晶格常數的作用。
在一些實施例中,高溫層24與低溫層26之成長溫度間的差為至少300℃、更佳至少450℃且更佳至少500℃。舉例而言,高溫層24可在介於900與1150℃之間之溫度下成長,而低溫層26係在介於450與650℃之間之溫度下成長。
由於在本發明之各個實施例中使用低成長溫度來成長層26,故低溫層26可具有一高碳含量。在一些實施例中,低溫層26中之碳含量係介於1x1018
公分-3
與1x1020
公分-3
之間,通常介於1x1018
公分-3
與1x1019
公分-3
之間。相反,高溫層24之碳含量通常小於5x1017
公分-3
、更佳小於1x1017
公
分-3
、更佳小於1x1016
公分-3
。由於高碳含量,故低溫層26可吸收由作用層發射之光。在一較佳實施例中,低溫層26之厚度因此限於小於1000埃、更佳小於500埃且更佳小於300埃。
亦由於該低成長溫度、晶格失配及熱擴展失配,低溫層26可具有一高濃度缺陷(例如堆積缺陷、位錯環及位錯線),該等缺陷位於或靠近低溫層26與直接成長於低溫層26上之層間之介面處或位於或靠近低溫層26與低溫層26成長於其上之層間之介面處。該等缺陷通常經定向大致平行於基板20與成核層22間之成長介面。該等面內缺陷之密度有助於低溫層26及成長於低溫層26上之層的應變鬆弛。應注意,該等面內缺陷之濃度未必與以上參照等式(3)所述之穿透錯位密度有關。在一既定高溫層24中,藉由穿透式電子顯微鏡(TEM)未觀察到平行於成長介面之堆疊缺陷或位錯,此意味著平行於該成長介面之堆疊缺陷及錯位之密度低於TEM之檢測極限(通常為約1x102
公分-1
)。一InGaN低溫層26之TEM圖像展示許多平行於成長介面之位錯,對於一厚度為約數千埃之TEM樣品,此意味著平行於該成長介面之錯位的密度至少為1x102
公分-1
、更可能1x103
公分-1
且更可能至少1x104
公分-1
。在一些實施例中,平行於成長介面之錯位的密度係介於1x102
公分-1
與1x107
公分-1
之間。
在一些實施例中,低溫層26可以成長平面不連續之方式成長,亦即,其可具有使其成非平面或不連續之有意或無意特徵。該等有意特徵之實例包括使用一或多種涉及側向
過成長之技術。該等技術使用各種術語來體積,其包括磊晶側向過成長(ELO或ELOG)、刻面控制磊晶側向過成長(FACELO)、及懸掛磊晶(Pendeo epitaxy)(PE),如闡述於Hiramatsu之Journal of Physics: Condensed Matter
,第13卷,第6961-6975頁(2001)中者,其以引用的方式併入本文中。該等無意特徵之實例可包括存在與低溫III族氮化物層之上表面相交之V形缺陷(通常稱作"凹陷")、大表面階梯、及低溫層26中或低溫層26之下一或多個層中之其他缺陷。使用一或多種該等有意側向磊晶過成長技術或無意技術可將有缺陷區域之側向範圍限於該模版之一小部分或許多小部分,同時該模版之側向過成長可維持由低溫層26所確立之大晶格常數。
在一些實施例中,裝置層係直接成長於圖8之低溫層26上。在另一實施例中,一額外高溫層28可成長於低溫層26上,此複製由低溫層26所確立之晶格常數,如圖9中所示。高溫層28可為(例如)GaN、InGaN、AlGaN、或AlInGaN。在一些實施例中,高溫層28係InGaN,其在介於800與1000℃之間之溫度下成長至厚度介於500與10,000埃之間。高溫層28中之InN組合物通常小於低溫層26中之InN組合物,且可為(例如)介於0.5%與20%之間、更佳介於3%與6%之間、更佳介於4%與5%之間。
低溫層26意欲增加隨後所成長層之晶格常數,而高溫層28意欲平滑或填充凹陷、大表面階梯及低溫層26中之其他缺陷。高溫層28提供一於其上成長隨後層之高品質基底。
低溫層26之InN組合物相對高以使該晶格常數儘可能多的擴展,且高溫層28之InN組合物相對低以成長期望高品質層。圖9中所繪示之裝置在該基板與該等裝置層之間可包括多個低溫層26與高溫層28之組。可藉由使低溫層26中之InN組合物自離該基板最近之低溫層26中之最低InN組合物增加至離該等裝置層最近之低溫層26中之最高InN組合物來使各組之晶格常數少量擴展。當晶格常數擴展時,可成長一可接受高品質高溫層28之InN組合物亦可增加。因此,高溫層28中之InN組合物可自離該基板最近之高溫層28中之最低InN組合物增加至最離該等裝置層最近之高溫層28中之最高InN組合物。儘管增加層26中之InN組合物係增加層28中之InN組合物之一種方法,但層28之組合物可藉由其他方法增加而無需增加層26之InN組合物。在圖10中所示之另一實施例中,圖8之高溫層24可與圖9中之高溫層28結合使用。
在圖11中所示之另一實施例中,首先成長一低溫成核層22,隨後成長一如上文參照圖8所述之高溫層24。使一第二高溫層30成長於高溫層24上,且一低溫InGaN層26成長於層30上。然後使高溫層28成長於低溫層26上,且裝置層10成長於高溫層28上。或者,可省略圖11中之高溫層28,且裝置層10可直接成長於低溫InGaN層26之頂部。
高溫層30可為(例如)一具有低InN組合物(例如小於5%)InGaN層,其在介於900與1000℃之間之溫度下成長至厚度介於500與10,000埃之間。高溫層30通常係一塊體晶
格常數大於高溫層24之材料。因此,低溫層26中及隨後所成長高溫層28之面內晶格常數可大於在低溫層26直接成長於高溫層24上之情況下可達成之面內晶格常數。
在一些實施例中,圖11中之高溫層30及28係由InGaN構成。在一個該實施例中,高溫層28可在周圍環境中具有比高溫層30少的H2
或在比高溫層30低之溫度下成長,在此情況下,高溫層28可具有比高溫層30高之InN組合物。舉例而言,高溫層30與低溫層26之成長溫度間的差可為至少350℃、更佳至少400℃、且更佳至少450℃。相反,低溫層26與高溫層28之成長溫度間的差可為至少250℃、更佳至少300℃、且更佳至少350℃。在另一實施例中,高溫層28可利用比高溫層30多之H2
或在比其高之溫度下成長,在此情況下高溫層28可具有比高溫層30低之InN組合物。在另一實施例中,高溫層28可在大體上與高溫層30相同之條件下成長,或高溫層28可具有大體上與高溫層30相同之組合物。在每個該等實施例中,低溫InGaN層26將使高溫層24之晶格常數中斷並擴展隨後成長層之晶格常數,因此高溫層28將具有大於高溫層30之面內晶格常數。
在該結構之一些實施例中,低溫層26可確立一大晶格常數而高溫層28可確立一平滑表面。若低溫層26之面內晶格常數大體上大於高溫層28之塊體晶格常數,則高溫層28可處於實質拉伸應變下,如等式(1)中所定義,且此拉伸應變可藉由在高溫層28中或靠近其形成裂縫或其他缺陷部分地鬆弛。由於裂縫將使該裝置之電及結構完整性降格,且層
28中之裂縫或其他結構缺陷可降低層28中之晶格常數並增加作用區域中之壓縮應變,故此結果係不期望的。在該裝置之一些實施例中,因此較佳在基板20與裝置層10之間成長額外層。在一個該實施例中,高溫層31可佈置於低溫層26與高溫層28之間,如圖12中所示。在此實施例中,高溫層31可在一高於低溫層26、但低於高溫層28之溫度下成長。高溫層28與31各自可為(例如)InGaN,其在介於800與1000℃間之溫度下成長至厚度介於500與10,000埃之間。各個高溫層中之InN組合物可為(例如)介於0.5%與20%之間、更佳介於3%與6%之間、更佳介於4%與5%之間。
或者,高溫層28與31可在大體上相等溫度下成長,但高溫層31可在周圍環境中具有比成長高溫層28所用為少之H2
的條件下成長。在此情況下,高溫層31可具有比高溫層28高的InN組合物。或者,高溫層31可在比高溫層28高的溫度下或利用比高溫層28多的H2
來成長,在此情況下高溫層31可具有低於高溫層28之InN組合物。
在另一實施例中,在低溫層26與裝置層10之間可成長2個以上不同層。此實施例之一個實例展示於圖13中,其中低溫層26與裝置層10間之多層堆疊中包括富InN及貧InN材料之交替層。應注意,圖13中之多層堆疊可成長於圖2之成核層22上、或圖10之高溫層24上。儘管圖13中繪示三組富InN層及貧InN層,但可使用更多或更少的組。富銦層60、62及64可為(例如)InGaN或AlInGaN。貧銦層61、63、及65可為(例如)GaN、InGaN、或AlInGaN。層60、62、及
64可具有3% InN之組合物,而層61、63、及65可具有0.5% InN之組合物。
一額外覆蓋層67可成長於頂部貧InN層65上,然後裝置層10成長於覆蓋層67上或頂部貧InN層65上。覆蓋層67可為(例如)GaN或InGaN。在另一實施例中,該頂部貧銦層可省略且裝置層可直接成長於該頂部富銦層(例如層60、62、或64)上。
在該裝置之另一實施例中,圖13中之多層堆疊可使用熱迴圈成長或退火來形成,如闡述於Itoh等人之Applied Physics Letters
,第52卷,第1617-1618頁(1988)中者,其以引用的方式併入本文中。熱迴圈成長係用於使裝置成長為具有良好表面形態且裝置層中之a-晶格常數大於在習用GaN模板上成長可獲得之a-晶格常數。熱迴圈成長方法涉及成長磊晶層(例如InGaN)、隨後高溫成長或退火步驟。
成長各個層60、61、62、63、64、及65後,可藉由停止一些前驅物氣體流(例如Ga、Al、及In前驅物)使成長暫停,然後可藉由繼續N前驅物流(通常NH3
)使該結構退火,同時將該溫度保持一預定時間或使其升高。當將該溫度調節至下一層之成長溫度(若需要)並引入適宜前驅物時開始該下一層之成長。典型退火條件係由在H2
及NH3
周圍環境中於1100℃下5分鐘構成。N2
亦可添加於該周圍環境中或可將H2
自該周圍環境中去除以防止該等InGaN層之過度分解。或者,在該等高溫步驟或溫度斜坡期間可繼續成長。各層成長後之退火可改良各層成長後未退火之裝置上之表
面形態,但成長貧InN層61、63、及65後之退火可導致形成額外位錯或位錯環,該等可使該貧InN層中之一些應變鬆弛以致該等層不再應變成富InN層之大a-晶格常數,此產生一具有小於期望a-晶格常數之模板。
或者,僅在成長一些或所有富InN層60、62、及64後、或僅在成長一些或所有貧InN層61、63、及65後使該結構退火。成長貧InN層61、63、及65後之退火可導致模板中之較高平均InN組合物,此乃因該等貧InN層在任何退火步驟期間捕獲比該裝置中富InN層中多的InN。在另一實施例中,該結構可在各層成長後退火,其中成長富銦層後所用之退火條件不同於成長貧銦層後所用之退火條件。應注意,各個富銦層60、62、及64之組合物或厚度無需相同。同樣,各個貧銦層61、63、及65之組合物或厚度無需相同。
在另一實施例中,梯度InGaN層59可佈置於低溫層26與裝置層10之間,如圖14中所示。梯度層59可包括(例如)一或多個InN組合物變化之二元、三元或四元III族氮化物層。如上所述,一額外覆蓋層(圖14中未圖示)可佈置於梯度層59與裝置層10之間。舉例而言,梯度層59可為一InGaN層,其組合物自毗鄰低溫層26之11%最高InN組合物線性梯度至毗鄰裝置層10之3%最低InN組合物。在另一實例中,梯度層59可包括一自毗鄰低溫層26之10%高InN組合物降至毗鄰裝置層10之0%低InN組合物之梯度。在又一實例中,梯度層59可包括一自毗鄰低溫層26之8%高InN組
合物降至一些中間位置處之0%低InN組合物之梯度或單階、隨後一返回至毗鄰裝置層10之3%較高InN組合物之梯度或單階。
在一些實施例中,圖11中之層24與30可結合圖12中之層28與31使用。在另一實施例中,低溫層26可夾於兩個梯度InGaN層59之間,如圖14中所示。在另一實施例中,可成長一散佈於高溫層之任意堆疊或高溫層與低溫GaN層之任意堆疊中之低溫層26之任意堆疊。圖2、8、9、及10中所示各個實施例可包括梯度層、多層堆疊、及退火層或藉由熱迴圈成長所成長之層,如圖3至7及圖11至14中所討論。
在一些實施例中,層(例如圖12中之高溫層31)之特性係經選擇以鎖定由低溫層26所確立之晶格常數。在一些實施例中,層(例如圖12中之高溫層28)之特性係經選擇以改良該裝置中之表面形態。
圖15與16係對於若干裝置而言c-晶格常數隨a-晶格常數變化之曲線。圖15表明,根據本發明實施例之模板實際上使上覆層至少部分地鬆弛。一結構之應變狀態可藉由測定該結構之c-及a-晶格常數來量測。在圖15中由菱形所代表結構中,一厚高溫GaN層3係成長於GaN成核層2上,如圖1中所繪示,其中改變成核層2與高溫GaN層3之成長條件以改變GaN模板中之穿透錯位密度且因此改變面內a-晶格常數,如先前針對等式(3)所討論。該等改變穿透錯位密度之方法闡述於Figge等人之Journal of Crystal Growth
,第221卷,第262-266頁(2000)中,其以引用的方式併入本文中。
因此圖15中由菱形所代表之結構按照等式(3)改變穿透錯位密度及a-晶格常數。在由圓圈所代表結構中,一厚高溫GaN層係成長於一根據本發明實施例所製備之低溫InGaN層上。根據彈性理論,III族氮化物材料中之c-及a-晶格常數逆相關,此可由菱形所代表之結構證明,其所有皆接近圖15中所繪示之對角線。與由菱形所代表之結構相反,各個由圓圈所代表之結構位於該對角線之下,此意味著該等結構之c-晶格常數小於由菱形所代表結構之c-晶格常數。由圓圈所代表結構之較小c-晶格常數暗示在拉伸應變下在該等結構中成長厚高溫GaN層,此表明該高溫GaN層之a-晶格常數經伸展以匹配該下伏至少部分鬆弛之低溫InGaN層26之a-晶格常數。該等由圓圈所代表結構對於一既定a-晶格常數亦展示小於由菱形所代表結構之穿透錯位密度,此意味著本發明打破了如先前在等式(3)中所量化在習用GaN模板中所觀察到之a-晶格常數與穿透錯位密度間之折衷。
圖16係在本發明一或多項實施例中針對若干層所觀察到之c-與a-晶格常數之曲線。圖16中之實心圓圈代表圖9中之層28,而圖16中之空心圓圈代表一或多個圖13中之富銦層,且菱形符號代表圖13中之一或多個貧銦層或覆蓋層。圖16中之實對角線對應於先前圖15中所示之實對角線,且代表針對GaN模板(例如圖1中所繪示之結構)之實驗資料,而虛對角線係將該實線外推至較大a-晶格值。如圖16中所繪示,富銦層60之c-及a-晶格常數二者與圖15中由菱形符
號所展示之習用GaN模板之資料相比相當大。形成於富銦層60上之貧銦層61或覆蓋層67之c-及a-晶格常數小於富銦層60之晶格常數,但遠大於圖15中針對習用GaN模板所觀察到之最大a-晶格常數,此暗示根據圖13中所繪示之實施例成長之貧銦層61與覆蓋層67至少部分地應變至富銦層60之較大晶格常數。應注意,貧銦層61與覆蓋層67通常保持足夠薄或以足夠高InN組合物成長以避免破裂。應變成長於貧銦層61及覆蓋層67上之裝置層10複製此大於GaN之a-晶格常數,此減少該發光層中之應變。因此以上實施例中所闡述之模板可具有大於習用GaN模板之a-晶格常數,習用GaN模板通常具有不大於3.189埃之a-晶格常數。
在模板上成長包括一或多個發光層具有大於3.189埃之面內晶格常數的裝置層(例如在上述一些實施例中之結構)可充分減少該發光層中之應變以允許成長具有可接受缺陷密度及旋節分解減少之較厚發光層。舉例而言,一發藍光之InGaN層可具有組合物In0.12
Ga0.88
N(一種塊體晶格常數為3.23埃之組合物),該發光層中之應變係藉由該發光層中之面內晶格常數(對於成長於一習用GaN緩衝層上之發光層而言為約3.189埃)與該發光層之塊體晶格常數間之差測定,因此應變可表達為∣(ain-plane
-abulk
)∣/abulk
,如等式(2)中所定義。在一習用In0.12
Ga0.88
N層之情況下,該應變為∣(3.189埃-3.23埃)∣/3.23埃,為約1.23%。若一相同組合物之發光層成長於一較大晶格常數模板(例如上述結構)上,則可減少或消除該應變。在本發明一些實施例中,在
一在介於430與480奈米之間發射光之裝置之發光層中應變可減少至小於1%且更佳至小於0.5%。一發射青色光之InGaN層可具有組合物In0.16
Ga0.84
N,一種塊體晶格常數為3.24埃且當成長於一習用GaN緩衝層上時應變為約1.7%之組合物。在本發明一些實施例中,在一在介於480與520奈米之間發射光之裝置之發光層中應變可減少至小於1.5%、且更佳至小於1%。一發射綠光之InGaN層可具有組合物In0.2
Ga0.8
N(一種塊體晶格常數為3.26埃之組合物),當成長於一習用GaN緩衝層上時產生約2.1%之應變。在本發明一些實施例中,在一在介於520與560奈米之間發射光之裝置之發光層中應變可減少至小於2%、且更佳至小於1.5%。
對於圖2中所繪示之裝置,發明者已成長出a-晶格常數大至3.212埃且穿透錯位密度低至4x109
公分-2
之結構。對於一藍色發光層而言,一成長於此一結構上之發光層可應變0.55%,對於一青色發光層而言應變0.87%且對於一綠色發光層而言應變1.5%。對於圖8與10中所繪示之裝置,發明者已成長出a-晶格常數大至3.196埃且穿透錯位密度低至1.5x109
公分-2
之結構。對於一藍色發光層而言,一成長於此一結構上之發光層可應變1.1%,對於一青色發光層而言應變1.4%且對於一綠色發光層而言應變2.0%。對於圖9與13中所繪示之裝置,發明者已成長出a-晶格常數大至3.202埃且穿透錯位密度低至1.5x109
公分-2
之結構,如圖16中所繪示。對於一藍色發光層而言,一成長於此一結構上之發光層可應變0.87%,對於一青色發光層而言應變1.2%且對
於一綠色發光層而言應變1.8%。對於圖11中所繪示之裝置,發明者已成長出a-晶格常數大至3.204埃且穿透錯位密度低至1.5x109
公分-2
之結構。對於一藍色發光層而言,一成長於此一結構上之發光層可應變0.8%,對於一青色發光層而言應變1.1%且對於一綠色發光層而言應變1.7%。因此各個該等實例皆打破先前等式(3)中所闡述之面內a-晶格常數與穿透錯位密度之間之關係。
根據本發明實施例,上述成長模板及裝置層可成長於一藍寶石或SiC成長基板自該藍寶石之主要晶面傾斜之一表面上。圖17繪示藍寶石之c-平面、m-平面及a-平面。III族氮化物裝置通常成長於藍寶石之c-平面、r-平面、m-平面或a-平面上。在本發明實施例中,一藍寶石基板可經切片並拋光以便該等III族氮化物裝置層成長於其上之成長表面在方向12上自該c-平面、r-平面、m-平面或a-平面傾斜(例如)0.1∘以上。一成長於此一基板上之發光層在該等發光層中可具有減少的旋節分解及減少的應變。此一基板可用於成長任一上述模板。
以上所繪示及闡述之半導體結構可包括於一發光裝置之任何適宜組態中,例如一具有形成於裝置對置側上之觸點之裝置或一具有兩種形成於裝置相同側上之觸點之裝置。當兩種觸點佈置於相同側上時,可形成具有透明觸點之裝置並安裝以便自該等觸點形成於其上之相同側抽取光,或者形成具有反射觸點之裝置並安裝成一覆晶,其中自該等觸點形成於其上之側的對置側抽取光。
圖18繪示一適宜組態(一已去除成長基板之覆晶裝置)之一個實例的一部分。如上所述,裝置層10包括一包括至少一發光層之發光區域72,該發光區域72夾於一包括至少一n型層之n型區域71與一包括至少一p型層之p型區域73之間。n型區域71可為該成長模板之一部分或一單獨結構。去除p型區域73與發光區域72之一部分以形成一暴露n型區域71一部分之平臺。儘管圖18中展示暴露n型區域71一部分之一個通道,但應理解,在一單一裝置中可形成多個通道。n-及p-觸點78與76係藉由(例如)蒸發或鍍敷形成於n型區域71與p型區域73之暴露部分上。觸點78與76可藉由空氣或一介電層彼此電絕緣。形成觸點金屬78與76之後,可將裝置晶圓切成若干個別裝置,然後將各個裝置相對於成長方向翻轉並安裝於一底座84上,在此情況下底座84可具有大於該裝置之側向範圍,如圖18中所繪示。或者,可將裝置晶圓連接至底座晶圓,然後切成個別裝置。底座84可為(例如)半導體(例如Si)、金屬或陶瓷(例如AlN),且可具有至少一電連接至p-觸點76之金屬墊80及至少一電連接至n-觸點78之金屬墊82。佈置於觸點76及78與墊80與82之間之互連(圖18中未圖示)將該半導體裝置連接至底座84。該等互連可為(例如)元素金屬(例如金)或銲料。
安裝之後,藉由適於該基板材料之方法(例如蝕刻或雷射熔融)去除該成長基板(未圖示)。安裝之前或之後可在該裝置與底座84之間提供一剛性底部填充膠以在基板去除期間支撐該等半導體層並防止其破裂。裝置層10成長於其上
之模板75可保持完好、藉由(例如)蝕刻完全去除或部分地去除。藉由去除該成長基板及任何半導體材料暴露之表面可藉由(例如)蝕刻製程(例如光電化學蝕刻)或機械製程(例如研磨)粗糙化。使抽取出光之表面粗糙化可改良光自該裝置之抽取。或者,該表面中可形成一光子晶體結構。一結構85(例如磷光體層)或該項技術中習知之輔助光學器件(例如二向色反射鏡或偏振器)可施加於該發射表面。
圖19係一經封裝發光裝置之分解圖,如更詳細闡述於美國專利第6,274,924號中者。將一散熱塊100放置於一插入模製引線框中。該插入模製引線框係(例如)一圍繞一提供一電路徑之金屬框106模製之填充塑膠材料105。塊100可包括一可選反射器杯102。發光裝置晶粒104(其可為任何以上實施例中所闡述之裝置)係直接或經由導熱子底座103間接地安裝至塊100。可添加一蓋子108,其可為一光學透鏡。
儘管已詳細闡述本發明,但熟悉該項技術者應瞭解,給出本發明揭示內容,可對本發明進行修改而不背離本文所闡述本發明概念之精神。因此,並不欲將本發明範圍限於所繪示及所闡述之特定實施例。具體而言,低溫層26可由AlGaN或AlInGaN而非InGaN構成。對於其中低溫層26由AlGaN構成之實施例,低溫層26之面內晶格常數小於成核層22之面內晶格常數,此將降低所用AlGaN或AlInGaN層中之應變用於短波UV發射器。對於其中低溫層26由AlInGaN構成之實施例,低溫層26之面內晶格常數可大於
或小於層22之面內晶格常數,此取決於低溫層26中銦與鋁比率。而且,本文所揭示之發明可應用於電子或光電子裝置以及發光裝置,例如包括電晶體(例如FET)或檢測器。
1‧‧‧基板
2‧‧‧成核層
3‧‧‧高溫層
5‧‧‧高溫層
6‧‧‧裝置層
10‧‧‧裝置層
20‧‧‧基板
22‧‧‧成核層
24‧‧‧高溫層
26‧‧‧低溫層
28‧‧‧高溫層
30‧‧‧高溫層
31‧‧‧高溫層
32‧‧‧高InN低溫層
34‧‧‧中InN低溫層
35‧‧‧InGaN區域
36‧‧‧低InN低溫層
38‧‧‧覆蓋層
59‧‧‧梯度InGaN層
60‧‧‧第一富InN層
61‧‧‧第一貧InN層
62‧‧‧第二富InN層
63‧‧‧第二貧InN層
64‧‧‧第三富InN層
65‧‧‧第三貧InN層
67‧‧‧可選覆蓋層
71‧‧‧n型區域
72‧‧‧發光區域
73‧‧‧p型區域
75‧‧‧模板
76‧‧‧p-觸點
78‧‧‧n-觸點
80‧‧‧金屬墊
82‧‧‧金屬墊
84‧‧‧底座
85‧‧‧結構
100‧‧‧散熱塊
102‧‧‧可選反射器杯
103‧‧‧導熱子底座
104‧‧‧發光裝置晶粒
105‧‧‧填充塑膠材料
106‧‧‧金屬框
108‧‧‧蓋子
圖1係一根據先前技術之裝置一部分之剖面圖。
圖2係一裝置一部分之剖面圖,該裝置包括一在一習用低溫成核層之後成長之低溫InGaN層。
圖3係一裝置一部分之剖面圖,該裝置包括一成長於多個低溫成核層上之低溫InGaN層。
圖4係一裝置一部分之剖面圖,該裝置包括多個成長於一習用低溫成核層上之低溫層。
圖5係一裝置一部分之剖面圖,該裝置包括一組以上低溫成核層與低溫InGaN層。
圖6係一裝置一部分之剖面圖,該裝置包括多個低溫InGaN層。
圖7係圖6之結構退火及成長裝置層後之剖面圖。
圖8係一裝置一部分之剖面圖,該裝置包括在一高溫GaN層之後成長之低溫InGaN層。
圖9係一裝置一部分之剖面圖,該裝置包括在一低溫InGaN層之後成長之高溫InGaN層。
圖10係一裝置一部分之剖面圖,該裝置包括一高溫InGaN層,該高溫InGaN層係在低溫InGaN層之後成長,該低溫InGaN層係在高溫GaN層之後成長。
圖11係一裝置一部分之剖面圖,該裝置包括一佈置於兩
個高溫InGaN層之間之低溫InGaN層。
圖12係一裝置一部分之剖面圖,該裝置包括兩個成長於一低溫InGaN層上之高溫InGaN層。
圖13係一裝置一部分之剖面圖,該裝置包括多個藉由熱迴圈成長所成長之富銦層及貧銦。
圖14係一裝置一部分之剖面圖,該裝置包括一低溫層及一梯度組合物層。
圖15係c-晶格常數隨a-晶格常數變化之曲線,其係針對若干包括一GaN成核層及一厚高溫GaN層之裝置及若干包括一低溫InGaN層及一厚高溫GaN層之裝置。
圖16係若干裝置之c-及a-晶格常數曲線。
圖17繪示一纖鋅礦型結構(例如藍寶石)之若干主要晶面。
圖18繪示一已去除成長基板之覆晶發光裝置之一部分。
圖19係一經封裝發光裝置之分解圖。
10‧‧‧裝置層
20‧‧‧基板
22‧‧‧成核層
26‧‧‧低溫層
Claims (23)
- 一種製造一發光裝置的方法,其包含:在一基板上成長一III族氮化物結構,該III族氮化物結構包含:一模板(template),其包含:一直接成長於該基板上之第一層(22),該第一層實質上不含銦;一成長於該第一層上之第一實質上單晶(single crystal)層(24);一成長於該第一實質上單晶層上之第二層(26),其中該第二層係一包含銦之非單晶層;及成長於該模板上之複數個裝置層,該等裝置層包含一配置於一n型區域與一p型區域之間之III族氮化物發光層。
- 如請求項1之方法,其中該模板進一步包含一成長於該第二層(26)上之第二實質上單晶層(28)。
- 如請求項2之方法,其中該第一實質上單晶層(24)係一GaN層,且該第二實質上單晶層(28)係一具有一介於0.5%與20%間之InN組合物的InGaN層。
- 如請求項2之方法,其中該模板進一步包含:一成長於該第二實質上單晶層(28)上之第三層,其中該第三層係一包含銦之非單晶層;及一成長於該第三層上之第三實質上單晶層。
- 如請求項2之方法,其中該模板進一步包含:一佈置於該第一層(22)與該第二層(26)之間之第三實質上單晶層(30)。
- 如請求項5之方法,其中一與該第三實質上單晶層(30)具有相同組合物之材料之塊體晶格常數大於一與該第一實 質上單晶層(24)具有相同組合物之材料之塊體晶格常數。
- 如請求項5之方法,其中該第二實質上單晶層(28)中之InN組合物大於該第三實質上單晶層(30)中之InN組合物。
- 如請求項5之方法,其中該第二實質上單晶層(30)之成長溫度與該第二層(26)之成長溫度間的差至少為250℃。
- 如請求項2之方法,其中該模板進一步包含:一佈置於該第二層與該發光層之間之第三實質上單晶層(31)。
- 如請求項9之方法,其中該第二實質上單層(28)中之InN組合物不同於該第三實質上單晶層(31)中之InN組合物。
- 如請求項1之方法,其中該第二層(26)具有介於1x1018 公分-3 與1x1020 公分-3 之間的碳含量。
- 如請求項1之方法,其中該第二層(26)、一直接位於該第二層上之層及一直接位於該第二層之下之層中之一層沿平行於佈置於該等裝置層與該第一實質上單晶層之間之介面具有介於1x102 公分-1 與1x107 公分-1 之間之缺陷密度。
- 如請求項1之方法,其進一步包含:將該III族氮化物結構連接至一底座(84);及去除該成長基板(20)。
- 如請求項13之方法,其進一步包含在去除該成長基板(20)後去除該模板的一部分。
- 如請求項1之方法,其中:該發光層具有對應於與該發光層具有相同組合物之獨立材料之晶格常數的塊體晶格 常數abulk;該發光層具有對應於與該發光層具有相同組合物之獨立材料之晶格常數的塊體晶格常數abulk ;該發光層具有對應於當該發光層在該結構中成長時之晶格常數的面內晶格常數ain-plane ;且該發光層中|(ain-plane -abulk )|/abulk 小於1%。
- 如請求項1之方法,其中該發光層之a-晶格常數大於3.189埃。
- 如請求項1之方法,其中該結構係成長於該基板之一表面上,該表面自該基板(20)之主要晶面以至少0.1°傾斜。
- 如請求項1之方法,其中該發光層具有大於15埃之厚度。
- 如請求項1之方法,其中該發光層經矽摻雜至摻雜劑濃度介於1x1018 公分-3 與1x1020 公分-3 之間。
- 如請求項1之方法,其中:該第一層(22)係一厚度小於500埃之非單晶GaN層;該第一實質上單晶層(24)係GaN或AlInGaN且具有大於500埃之厚度;且該第二層(26)係一厚度小於500埃且InN組合物大於0且小於20%之非單晶InGaN層。
- 如請求項1之方法,其中該第一實質上單晶層(24)之成長溫度與該第二層(26)之成長溫度間的差為至少300℃。
- 如請求項1之方法,其中該模板進一步包含:一佈置於該第一層(22)與該第二層(26)之間之第二實質上單晶層(30);其中一與該第二實質上單晶層具有相同組合物之 材料的塊體晶格常數大於一與該第一實質上單晶層具有相同組合物之材料的塊體晶格常數。
- 一種製造一發光裝置的方法,其包含:成長一III族氮化物結構,該結構包含配置於一n型區域與一p型區域之間之一發光層,其中:該發光層中之一穿透差排(threading dislocation)密度小於3x109 公分-2 ;且該發光層中之a-晶格常數大於3.200埃。
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---|---|---|---|---|
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US8183577B2 (en) * | 2009-06-30 | 2012-05-22 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Controlling pit formation in a III-nitride device |
TWI442455B (zh) | 2010-03-29 | 2014-06-21 | Soitec Silicon On Insulator | Iii-v族半導體結構及其形成方法 |
JP5259660B2 (ja) * | 2010-09-06 | 2013-08-07 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
US10158044B2 (en) | 2011-12-03 | 2018-12-18 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Epitaxy technique for growing semiconductor compounds |
US10490697B2 (en) | 2011-12-03 | 2019-11-26 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Epitaxy technique for growing semiconductor compounds |
US9831382B2 (en) * | 2011-12-03 | 2017-11-28 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Epitaxy technique for growing semiconductor compounds |
US10211048B2 (en) | 2012-02-01 | 2019-02-19 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Epitaxy technique for reducing threading dislocations in stressed semiconductor compounds |
JP6316210B2 (ja) * | 2012-02-28 | 2018-04-25 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | 交流ledのためのシリコン基板上における窒化ガリウムledの窒化アルミニウムガリウム/窒化ガリウムデバイスとの集積化 |
JP5228122B1 (ja) | 2012-03-08 | 2013-07-03 | 株式会社東芝 | 窒化物半導体素子及び窒化物半導体ウェーハ |
CN103682005B (zh) * | 2012-09-12 | 2016-12-07 | 顾玉奎 | Led磊晶制程 |
US10199535B2 (en) | 2014-02-22 | 2019-02-05 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Semiconductor structure with stress-reducing buffer structure |
US9412902B2 (en) | 2014-02-22 | 2016-08-09 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Semiconductor structure with stress-reducing buffer structure |
US11621371B2 (en) * | 2019-09-30 | 2023-04-04 | Chongqing Konka Photoelectric Technology Research Institute Co., Ltd. | Epitaxial structure, preparation method thereof, and LED |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5863811A (en) * | 1995-06-28 | 1999-01-26 | Sony Corporation | Method for growing single crystal III-V compound semiconductor layers on non single crystal III-V Compound semiconductor buffer layers |
US6274399B1 (en) * | 1998-06-05 | 2001-08-14 | Lumileds Lighting, U.S. Llc | Method of strain engineering and impurity control in III-V nitride semiconductor films and optoelectronic devices |
Family Cites Families (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0732754B1 (en) * | 1995-03-17 | 2007-10-31 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III nitride compound |
JPH08293473A (ja) * | 1995-04-25 | 1996-11-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | エピタキシャルウェハおよび化合物半導体発光素子ならびにそれらの製造方法 |
JP2839077B2 (ja) * | 1995-06-15 | 1998-12-16 | 日本電気株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
JP3712770B2 (ja) | 1996-01-19 | 2005-11-02 | 豊田合成株式会社 | 3族窒化物半導体の製造方法及び半導体素子 |
JPH10290051A (ja) * | 1997-04-16 | 1998-10-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体装置とその製造方法 |
US6266355B1 (en) * | 1997-09-12 | 2001-07-24 | Sdl, Inc. | Group III-V nitride laser devices with cladding layers to suppress defects such as cracking |
JP4783483B2 (ja) * | 1997-11-07 | 2011-09-28 | フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー | 半導体基板および半導体基板の形成方法 |
JPH11243251A (ja) | 1998-02-26 | 1999-09-07 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
SG75844A1 (en) | 1998-05-13 | 2000-10-24 | Univ Singapore | Crystal growth method for group-iii nitride and related compound semiconductors |
TW398084B (en) | 1998-06-05 | 2000-07-11 | Hewlett Packard Co | Multilayered indium-containing nitride buffer layer for nitride epitaxy |
US6265289B1 (en) * | 1998-06-10 | 2001-07-24 | North Carolina State University | Methods of fabricating gallium nitride semiconductor layers by lateral growth from sidewalls into trenches, and gallium nitride semiconductor structures fabricated thereby |
US6233265B1 (en) * | 1998-07-31 | 2001-05-15 | Xerox Corporation | AlGaInN LED and laser diode structures for pure blue or green emission |
JP3505405B2 (ja) * | 1998-10-22 | 2004-03-08 | 三洋電機株式会社 | 半導体素子及びその製造方法 |
JP4298023B2 (ja) * | 1998-10-28 | 2009-07-15 | フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー | 窒化物半導体多層堆積基板および窒化物半導体多層堆積基板の形成方法 |
JP2001160627A (ja) | 1999-11-30 | 2001-06-12 | Toyoda Gosei Co Ltd | Iii族窒化物系化合物半導体発光素子 |
JP3778765B2 (ja) * | 2000-03-24 | 2006-05-24 | 三洋電機株式会社 | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 |
JP2002100837A (ja) * | 2000-09-25 | 2002-04-05 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
US6599362B2 (en) * | 2001-01-03 | 2003-07-29 | Sandia Corporation | Cantilever epitaxial process |
US6635904B2 (en) * | 2001-03-29 | 2003-10-21 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Indium gallium nitride smoothing structures for III-nitride devices |
US6489636B1 (en) * | 2001-03-29 | 2002-12-03 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Indium gallium nitride smoothing structures for III-nitride devices |
US6630692B2 (en) * | 2001-05-29 | 2003-10-07 | Lumileds Lighting U.S., Llc | III-Nitride light emitting devices with low driving voltage |
GB2378039B (en) | 2001-07-27 | 2003-09-17 | Juses Chao | AlInGaN LED Device |
JP3969989B2 (ja) * | 2001-10-10 | 2007-09-05 | 三洋電機株式会社 | 窒化物系半導体素子およびその製造方法 |
US6833564B2 (en) * | 2001-11-02 | 2004-12-21 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Indium gallium nitride separate confinement heterostructure light emitting devices |
JP2006324685A (ja) * | 2002-07-08 | 2006-11-30 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子の製造方法及び窒化物半導体素子 |
JP4727169B2 (ja) * | 2003-08-04 | 2011-07-20 | 日本碍子株式会社 | エピタキシャル基板、当該エピタキシャル基板の製造方法、当該エピタキシャル基板の反り抑制方法、および当該エピタキシャル基板を用いた半導体積層構造 |
US6989555B2 (en) * | 2004-04-21 | 2006-01-24 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Strain-controlled III-nitride light emitting device |
RU2262155C1 (ru) * | 2004-09-14 | 2005-10-10 | Закрытое акционерное общество "Нитридные источники света" | Полупроводниковый элемент, излучающий свет в ультрафиолетовом диапазоне |
RU2277736C1 (ru) * | 2005-02-02 | 2006-06-10 | Закрытое акционерное общество "Нитридные источники света" | Полупроводниковый элемент, излучающий свет в синей области видимого спектра |
JP4692072B2 (ja) * | 2005-05-19 | 2011-06-01 | 三菱化学株式会社 | 発光ダイオードの製造方法 |
EP1891686B1 (en) * | 2005-06-15 | 2011-08-10 | Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem | Iii-v semiconductor core-heteroshell nanocrystals, method for their manufacture and their applications |
KR100753152B1 (ko) * | 2005-08-12 | 2007-08-30 | 삼성전자주식회사 | 질화물계 발광소자 및 그 제조방법 |
-
2006
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-
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5863811A (en) * | 1995-06-28 | 1999-01-26 | Sony Corporation | Method for growing single crystal III-V compound semiconductor layers on non single crystal III-V Compound semiconductor buffer layers |
US6274399B1 (en) * | 1998-06-05 | 2001-08-14 | Lumileds Lighting, U.S. Llc | Method of strain engineering and impurity control in III-V nitride semiconductor films and optoelectronic devices |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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